Transformateurs Élévateurs et Abaisseurs

Que sont les transformateurs élévateurs et abaisseurs ?

Transformateur

Figure 1 : Transformateur

Les transformateurs sont des dispositifs statiques essentiels au transfert efficace de l'énergie électrique d'un circuit à un autre. Lorsque le courant passe dans un transformateur, la tension qui entre à l'entrée, ou côté primaire, est modifiée pour répondre à un besoin spécifique à la sortie ou côté secondaire. Dans un transformateur élévateur, le niveau de tension est augmenté à la sortie, tandis que dans un transformateur abaisseur, le niveau de tension est réduit. Cet article traite de la structure et de l'utilisation des transformateurs élévateurs et abaisseurs, ainsi que de certains principes régissant la transmission de l'électricité.

Table des matières

Que sont les transformateurs élévateurs et abaisseurs ?

Un transformateur élévateur augmente la tension d'entrée et la délivre à la charge, et un transformateur abaisseur diminue la tension d'entrée à la charge. La haute tension est nécessaire pour une transmission efficace de l'énergie, mais l'énergie doit être utilisée par les consommateurs à une tension inférieure pour des raisons de sécurité. Le passage de la basse tension à la haute tension pour la transmission nécessite un transformateur élévateur. Dans certains pays, les transformateurs élévateurs sont d'une valeur inestimable. Par exemple, le niveau de production d'électricité en Inde est de 11kv ; des transformateurs élévateurs sont donc nécessaires dans les centrales. En bref, un transformateur élévateur augmente la tension à des fins de transmission.

Les transformateurs abaisseurs convertissent la haute tension en une basse tension. Le niveau de puissance est ainsi adapté aux besoins de chaque appareil connecté aux réseaux électriques dans les foyers ou les entreprises. Les circuits d'alimentation des maisons transportent 230V -110V, mais certaines fonctions ne nécessitent que 16V. Des transformateurs abaisseurs sont donc nécessaires pour réduire la tension à un niveau de puissance inférieur.

En outre, les circuits séparés des systèmes électriques dans les maisons et les entreprises partagent généralement la même fréquence. Mais souvent, les besoins en tension diffèrent. C'est pourquoi de petits transformateurs élévateurs ou abaisseurs sont inclus dans la conception de nombreux appareils ménagers. Les transformateurs élévateurs et abaisseurs peuvent être des transformateurs monophasés ou triphasés, selon le type d'alimentation utilisé. Les transformateurs élévateurs et abaisseurs ont des fonctions différentes et sont conçus dans de nombreuses configurations, en fonction des besoins de chaque situation spécifique.

Principe de fonctionnement du transformateur

Un transformateur est constitué de deux jeux de fils (voir figure 2) :

  • L'enroulement primaire (A) : collecte la puissance
  • Enroulement secondaire (B) : fournit la puissance

Les enroulements primaires et secondaires sont enroulés ensemble sur un noyau de circuit magnétique en fer, mais ces bobines ne sont pas en contact les unes avec les autres, comme le montre la figure 2. Le noyau est constitué d'un matériau magnétique doux composé de laminations (figure 2 étiquetée C) reliées entre elles afin de réduire les pertes du noyau. La perte dans le noyau est la perte d'énergie dans le noyau causée par un flux magnétique alternatif. Un champ magnétique instable finit par détruire le fonctionnement du matériau du noyau.

Lorsque l'enroulement primaire (figure 2 étiquetée A) est connecté à une alimentation électrique, un courant circule dans la bobine et un champ magnétique est induit. Une partie de ce champ magnétique se lie aux enroulements secondaires (figure 2 étiquetée B) par induction mutuelle, produisant ainsi un flux de courant et une tension du côté secondaire (charge). La tension produite du côté de la charge est proportionnelle au nombre de tours de l'enroulement secondaire par rapport à celui du côté primaire. La transformation de la tension est donnée par,

V1 / V2= N1 / N2 = I2 / I1

  • V1 : Tension appliquée à l'enroulement primaire du transformateur
  • V2 : Tension produite à l'enroulement secondaire (de charge) du transformateur.
  • N1 : Nombre de tours dans l'enroulement primaire
  • N2 : Nombre de tours dans l'enroulement secondaire
  • I2 : Courant circulant dans les enroulements secondaires
  • I1 : Le courant circulant dans les enroulements primaires

Lisez notre article sur les transformateurs électriques pour plus de détails sur la construction et les différentes façons de connecter un transformateur.

Construction d'un transformateur montrant les enroulements primaires (A), les enroulements secondaires (B) et le noyau magnétique (C).

Figure 2 : Construction d'un transformateur montrant les enroulements primaires (A), les enroulements secondaires (B) et le noyau magnétique (C).

Principe de fonctionnement du transformateur élévateur

Un transformateur élévateur augmente la tension des enroulements secondaires par rapport au côté primaire. D'après l'équation de transformation de la tension, pour que V2 soit supérieur à V1, la valeur de N2 doit être supérieure à N1 (voir figure 3). Par conséquent, dans un transformateur élévateur,

  • N2 > N1
  • V2 >V1
  • I2 < I1

Un transformateur élévateur diminue toujours le courant (tout en augmentant la tension) du côté secondaire par rapport à celui du côté primaire. Ceci est dû au fait que la puissance totale sur les côtés primaire et secondaire du transformateur est égale. L'épaisseur des bobines du transformateur dépend de la capacité du courant qu'il est censé transporter. Dans un transformateur élévateur, le côté primaire transporte plus de courant ; par conséquent, un fil de cuivre isolé épais est utilisé pour l'enroulement primaire et un fil de cuivre isolé mince pour le côté secondaire. Un transformateur est généralement évalué par le produit de la tension et du courant en kVA (kilo-volt-ampères). Lisez notre article sur le calculateur de transformateur pour plus de détails sur la puissance associée à un transformateur.

Exemple

Si on applique 10V à l'enroulement primaire d'un transformateur 1:10,

  • N1=1
  • N2=10
  • V1=10V
  • Donc, V2= (N2/N1) ✕ V1 = 100V

La tension au secondaire du transformateur est dix fois supérieure à celle appliquée au primaire.

Avantages du transformateur élévateur

  • Entretien facile
  • Haute efficacité
  • Démarrage rapide
  • Transmetteur de puissance

Inconvénients du transformateur élévateur

  • Nécessite un système de refroidissement
  • Fonctionne uniquement sur les signaux en courant alternatif (CA)
  • Une taille énorme

Principe de fonctionnement du transformateur abaisseur

Un transformateur abaisseur de tension diminue la tension des enroulements secondaires par rapport au côté primaire. D'après l'équation de transformation de la tension, pour que V2 soit inférieur à V1, la valeur de N2 doit être inférieure à N1. Par conséquent, dans un transformateur abaisseur,

  • N2 < N1
  • V2
  • I2 > I1

Un transformateur abaisseur augmente toujours le courant (tout en abaissant la tension) du côté secondaire par rapport à celui du côté primaire. Dans un transformateur abaisseur, le côté secondaire transporte plus de courant ; par conséquent, un fil de cuivre isolé épais est utilisé pour l'enroulement secondaire, un fil de cuivre isolé fin pour le côté primaire. Les transformateurs abaisseurs sont couramment utilisés dans les transformateurs basse tension pour les applications d'éclairage paysager.

Exemple

Si on applique 10V à l'enroulement primaire d'un transformateur 100:1,

  • N1=100
  • N2=1
  • V1=10V
  • Par conséquent, V2= (N2/N1) ✕ V1 = 0,1V

La tension sur le côté secondaire du transformateur est 100 fois inférieure à la tension appliquée sur le côté primaire.

Avantages du transformateur abaisseur

  • Durabilité et fiabilité élevées
  • Moins le coût
  • Haute efficacité
  • Fournit différentes tensions d'alimentation pour les applications domestiques courantes

Inconvénients du transformateur abaisseur

  • Nécessite une maintenance importante
  • Fonctionne uniquement sur le CA

Réversibilité du fonctionnement du transformateur

Les fonctions de transformation de la puissance par paliers peuvent être réalisées avec le même transformateur. La différence de fonctionnement réside dans la façon dont le transformateur est connecté au circuit. Si l'alimentation d'entrée est réalisée sur l'enroulement basse tension, le transformateur fonctionne comme une version élévatrice. Le même transformateur peut être utilisé comme version abaissée de l'alimentation d'entrée s'il est connecté à l'enroulement haute tension.

Applications des transformateurs élévateurs

  • Les transformateurs élévateurs dont les enroulements primaires sont constitués d'un épais fil de cuivre isolé et qui portent la tension à 11 000 volts ou plus sont nécessaires pour les utilisateurs ayant des exigences particulières en matière de puissance, comme le fonctionnement des appareils à rayons X, les micro-ondes et les centrales électriques.
  • Les transformateurs élévateurs sont utilisés pour distribuer l'énergie électrique dans les lignes de transmission à haute puissance.
  • Ces transformateurs sont utilisés pour booster les appareils électroniques.

Applications des transformateurs abaisseurs de tension

Transformateur haute tension élévateur

Figure 3 : Transformateur haute tension élévateur

Les transformateurs abaisseurs sont couramment utilisés dans :

  • Les équipements ménagers courants comme les CD, la télévision et les sonnettes de porte.
  • Stabilisateurs de tension
  • Onduleurs
  • Réseaux de distribution d'électricité
  • Frais de téléphone mobile
  • Lignes de transmission

FAQs

Quel est le principal principe scientifique qui sous-tend le fonctionnement des transformateurs ?

Un transformateur fonctionne par induction mutuelle, ce qui signifie qu'une bobine parcourue par un courant produit un champ magnétique proportionnel et vice-versa.

Faut-il utiliser un autre type de transformateur pour augmenter ou diminuer la puissance ?

Le même type de transformateur peut être utilisé dans les deux cas. La fonction d'un transformateur dépend de la façon dont il est configuré dans un circuit.